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Der Mann, der nicht rechnen wollte Konrad Zuse (* 22.06.1910, 18.12.1995) deutscher Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer Geboren in Berlin (Wilmersdorf),

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2 Der Mann, der nicht rechnen wollte Konrad Zuse (* , ) deutscher Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer Geboren in Berlin (Wilmersdorf), Vater: Postbeamter im mittleren Dienst Humanistisches Gymnasium Hosianum in Braunsberg (Ostpreußen), nach 9. Klasse Hoyerswerda, dort Abitur. Künstlerisch und technisch begabt. Studium an Technischen Hochschule Berlin- Charlottenburg : Zunächst Maschinenbau, wechselte bald zu Architektur und schließlich Bauingenieurwesen (Diplom 1935) Wer war Konrad Zuse?

3 Der Mann, der den Computer erfand, weil er zu faul zum Rechnen war Statiker bei den Henschel- Flugzeugwerken in Schönefeld bei Berlin Motivation: Ich war zu faul zum rechnen Kündigt nach wenigen Monaten und beginnt selbstständig am Bau eines programmierbaren Rechners zu arbeiten (Vorüberlegungen ab 1934)

4 Konrad Zuse – Rechner Z1 Bau: Die Z1 wird aus ca Blechen aufgebaut Erster programmierbarer binärer Gleitkommarechner Binäre boolesche Schaltungslogik Speicher: 64 Worte a 22 Bits

5 Konrad Zuse – Rechner Z1 Warum binäre boolesche Schaltungslogik ? Gottfried Wilhelm Leibniz (* 1646, 1716) deutscher Philosoph und Wissenschaftler, Mathematiker, Diplomat, Physiker, Historiker, Politiker, Bibliothekar und Doktor des weltlichen und des Kirchenrechts Mathematik: Dualsystem der Zahlen (urspr. Pingala) Ohne Gott ist nichts Untersuchung der Sprache: Aussagenkalkül (Logik) Denken ein Rechenvorgang Entwicklung einer logischen Symbolsprache: characteristica universalis

6 Konrad Zuse – Rechner Z1 Standard 1935: Dezimalsystem Wichtigstes Rechenmaschinenproblem: Multiplikation Zwei Lehrmeinungen: 1. Wiederholte Addition -> Multiplikand wird entsprechend dem Multiplikator wiederholt in das Register der Maschine hinein addiert Im binären Zahlensystem wird die Multiplikation auf vier einfache Formeln reduziert: 2. Einmaleins-Körperverfahren: Teilprodukte des kleinen Einmaleins (Produkte zweier Zahlen von 1 bis 10 ) sind systemintern abgelegt und werden dann direkt in das Register hinein addiert · X 0 = 0 0 X 1 = 0 1 X 0 = 0 1 X 1 = 1 Der ganze Aufwand für die Einmalseins-Körper wurde im binären Zahlensystem überflüssig

7 Konrad Zuse – Rechner Z1 Multiplikation 111 * 110 (7 * 6 = 42) * 1 1 0= R1 R2 HR R2 R1

8 Konrad Zuse – Rechner Z1 Binäres Aussagenkalkül: Dualitätsprinzip Es ist schönes Wetter (Prämisse A) UND Ich habe frei (Prämisse B) Sind Bedingung für die Konklusion Ich mache einen Spaziergang Es ist nicht schönes Wetter (Prämisse A) ODER Ich habe nicht frei (Prämisse B) A ^ B A V B

9 Konrad Zuse – Rechner Z1 Es ist schönes Wetter UND Ich habe frei A ^ B

10 Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner ? 1234,25 = Cent X = 0, Y = , Komma mit fester Position = Festkommazahlen 1234,25 = 1234,2500 X = , Y = , Bsp: Wärmeausdehnungskoeffizient e = 0, Elastizitätsmodul E = N/mm²

11 Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner Zwei getrennte Rechenwerke: 1.Mantisse 2.Exponent Beispiel: 1234,5678 1, * 10³ Mantisse ³ Basis

12 Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner , , , , , , (normalisiert) 1, (normalisiert) 12, , , , ,

13 Konrad Zuse – Rechner Z1 Erster Gleitkommarechner , , , , , , , (normalisiert)

14 Konrad Zuse – Rechner Z Bleche Der Schaltstift kann im Festblech zwei Positionen einnehmen Links: Die binäre 0 Rechts: Die binäre 1 Steuerblech und Bewegendes Blech bewegen den Schaltstift

15 Konrad Zuse – Rechner Z3 Im Jahr 1941: Erster zuverlässig funktionierender programmgesteuerter Gleitkomma- Binärrechner der Welt Elektrische Relaisschaltungen 1943 bei einem Bombenangriff in Berlin zerstört

16 Konrad Zuse – Speicher Z3 Speicherwerk:32 Speicherstellen zu je 22 bits Wählwerk

17 Konrad Zuse – Wählwerk Z3 Wählwerk: dient dazu, aus einer 6 Bitkombination auf dem Lochstreifen die 64 Adressen im Speicher ansteuern zu können (zwei Speicherschränke zu 32 Adressen) Eine Binärzahl zu 22 bits auf Adresse 2

18 Konrad Zuse – Rechner Z3 Wortlänge 22 bit Exponent 7 bitMantisse 15 bit 1. bit Vorzeichen Zahlenraum: 14 bitZahlenraum: 6 bit unendlich 2 63 =

19 Konrad Zuse – Rechner Z3 Negative Zahlen: Zweierkomplement binären Stellen werden negiert und zu dem Ergebnis wird der Wert 1 addiert Erstes bit: 0 positiv 1 negativ WertDezimal Bitfolge= 26 Bitfolge=

20 Konrad Zuse – Rechner Z3 Wortlänge 22 bit Mantisse: 14 bitExponent: 6 bit von bis von bis 2 62

21 Konrad Zuse – Rechner Z3 Exponent Sonderwerte unendlich unendlich =

22 Konrad Zuse – Rechenwerk Z3 600 Relais Addition 0,8 s Multiplikation 3s 9 Schrittschalter Taktfrequenz: 5,3 Hertz Ein Addierer für Mantisse, einer für Exponenten Alle Rechenoperationen werden durch wiederholte Addition durchgeführt

23 Konrad Zuse – Ein- und Ausgabeeinheit Z3 Eingabe dezimaler Gleitkommazahlen Ausgabe dezimaler Gleitkommazahlen und Anzeige über Lampen

24 12. Mai 1941: Methfesselstraße 7 Präsentation vor Mitarbeitern der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt

25 Konrad Zuse – Programmsteuerung Z3 Gesteuert mit Lochstreifen 35 mm Kinofilm Sinnvolle Befehle werden durch Lochkombinationen eingestanzt Beispiel: e = - (a x b + d) : c b, c, d in den Speicheradressen 2, 6, 10

26 Konrad Zuse – Rechner Z3 - Architektur Rechenwerk getrennt für (Mantisse und Exponent) Register R1 Register R2 Steuerwerk Speicher Eingabeeinheit Ausgabeeinheit Lochstreifen- leser

27 Konrad Zuse – Plankalkül Datenstrukturtypen: - binären Baum - Array (Feld) - Liste, Liste von Wertepaaren (Darstellung von beliebigen Relationen). (Aufbau dynamischer geometrischer Strukturen) Erste höhere Programmiersprache in der Geschichte der Menschheit Musterbeispiel eines kombinatorischen Problems: Schachspiel 44 Seiten des PK Ebenso für die Behandlung von numerischen wie von logischen (kombinatorischen) Anwendungen konzipiert => künstliche Intelligenz Listenoperationen für - Bedingte Erzeugung von Unterlisten - Abfrage der Anzahl der Listenelemente - Lesen des ersten oder letzten Elements - Suche nach dem kleinsten oder größten Element - Anfügen eines Elements am Anfang oder Ende der Liste - Konkatenation (Zusammenführen) von zwei Listen unter Beibeh. der Ordnung

28 Konrad Zuse – Plankalkül Lots of Irritating Superfluous Parentheses LISP: Entwickelt am Massachusetts Institute of Technology marktreif 1959 Sprache der künstlichen Intelligenz (setq XDATA (cdr (assoc 1000 (cdr (car (cdr (assoc -3 (entget EL (list OVERLAY"))))))))) Plankalkül (und LISP) => sehr viel höherer Abstraktionsgrad, als ihn die üblichen höheren Programmiersprachen haben, die nur die Fähigkeit der "von-Neumann- Maschine" abbilden: Mit jedem Rechenschritt den Inhalt eines einzelnen Speicherplatzes zu transformieren anstatt einer ganzen Datenstruktur.

29 Konrad Zuse – Plankalkül Beispiel: Relationale Datenspeicherung Die Strukturobjekte des PK können jede beliebige Semantik annehmen. Zuse nennt beispielhaft: - Personen - Alter - Geschlecht - Ehestand - andere Personaldaten - die Felder des Schachbretts - die Schachfiguren, einschließlich der Definition ihrer Zugmöglichkeiten - die Kanten eines Graphen oder was immer sonst die Anwendung erfordert

30 Konrad Zuse – Plankalkül Alle Operationen auf benutzerdefinierten Typen sind Ausdrücke der Aussagenlogik oder der Prädikatenlogik Aussagenlogik: Heute ist schönes Wetter und ich habe frei. Elementaraussagen: 1. Heute ist schönes Wetter=>wahr/falsch 2. Ich habe frei.=>wahr/falsch Prädikatenlogik: ……ist schönes Wetter. ……habe frei Zuordnung eines Objekts zum Prädikat: Jeden Tag ist schönes Wetter. =>wahr/falsch Strafgefangene habe(n) frei =>wahr/falsch

31 Konrad Zuse – Zuse KG Z5: 1952 Auftrag von Ernst Leitz, Berechnung optischer Systeme Relaistechnik, 1500 R. Rechenwerk, 700 R. Speicher, 50 Hz. Z22: Stück, Hochschulen Röhrentechnik, Magnettrommelspeicher,140 Hz Z64 (Graphomat): 1961, 98 Stück, Zeichengenauigkeit 1/20 mm, zwei Planetengetriebe: digitale Signale => analoge x- und y-Bewegungen. Z25: 1963, Transistortechnik Größere Panne Spezielle Löttechnik erforderlich 8 Wochen Produktionsstopp, Nachbesserungen, Millionenverluste Z31: 1963 TransistortechnikKleiner Tischrechner für Kaufleute Überfrachtet mit Funktionen, zu teuer, nur 6 Stück werden verkauft Z11: erster Serienrechner 48 Stück, Vermessungsämter, Opt. Industrie Relaistechnik, 1111 R. Rechenwerk, 654 R. Speicher, 10-20Hz Z23: 1961, 56 Stück Transistortechnik, Magnettrommelspeicher,140 Hz, Kunden: Hochschulen

32 Konrad Zuse – Rechnender Raum Heinz Zemanek: Idee 1945 in Hinterstein: Kosmos als gigantische Rechenmaschine 1969: Theoretische Arbeit Rechnender Raum Theorie des Kosmos als zellulären Automaten Physikalische Kleinstteile sind Bits, die sich durch den Raum rechnen => Digitalisierung des Weltalls Kosmos: Elementarlängen ( cm) => Lichtjahre Elementarkuben Je Elementarkubus 1 bit Informationsgehalt Zustände Zahl der Zeittakte = räumliche Ausdehnung = => verschiedene unabhängige Abläufe sind möglich Heinz Zemanek: Geschichten der Informatik Der Physiker reagiert darauf mit seinem umfassenden Wissen von den Elementarteilchen. Aber seine Architektur der Elementarteilchen ist weder elegant noch überzeugend. Heinz Zemanek: Ich glaube, dass Konrad Zuses Rechnender Raum eines Tages als Pionierwerk betrachtet werden wird.

33 Die Konrad Zuse-Forschung Seiten Manuskripte, Typoskripte und Notizen Überwiegend Stenogramme Verschiedene Überlegungen zur Rechnerentwicklung, zu den Rechenplänen und zu den Beschreibungen der Rechenmaschinen. Stichpunkte zu arithmetischen Operationen, zu Gleichungen höheren Grades, zur Schaltalgebra und zur Schaltgliedtechnik. Vorarbeiten zum Plankalkül.

34 Die Konrad Zuse-Forschung 2500 Schaltpläne und Zeichnungen in den Formaten DIN A1 und DIN A 0

35 Die Konrad Zuse-Forschung Künstlerischer Nachlass: Insgesamt rund 500 Ölgemälde. Davon rund 250 Gemälde, Zeichnungen und Graphiken nach München, die der Staatlichen Graphischen Sammlung in München übergeben wurden.

36 Die Konrad Zuse-Forschung Erschließung (Transkriptionen der Stenogramme) und Digitalisierung des gesamten Nachlasses, sowie Bereitstellung im Internet. Projekt unter Raul Rojas und Wilhelm Füßl


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